引言

提出一種全新的三維地籍建立模式，即運(yùn)用傾斜攝影測量成果開發(fā)三維地籍，并就其發(fā)展和應(yīng)用及其構(gòu)建后的優(yōu)勢等幾個方面進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞

傾斜攝影測量技術(shù)；三維地籍；三維建模；無人機(jī)；地理信息系統(tǒng)

1 傾斜攝影測量技術(shù)簡介

多年以來，地形測繪、地理信息等的采集工作無一例外主要采用人工實(shí)地采集的操作方式，國家為此投入了大量的人力物力資源，但是這種投入漸漸不能滿足國家發(fā)展的需要，往往丈量工作完畢后，區(qū)域的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了測繪的速度，極大地浪費(fèi)了人力物力資源，并且測繪成果也都不能很好滿足現(xiàn)代的生活生產(chǎn)中的需求。隨著科技的發(fā)展，測繪行業(yè)對地理信息數(shù)據(jù)的精確性、時效性要求越來越高，人工成本和時間成本也為行業(yè)帶來了巨大的壓力和負(fù)擔(dān)。

傾斜攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)解決了過去傳統(tǒng)的航空遙感圖像只能從垂直方向拍攝并且只能獲取正影像的問題。通過攝像頭傳感器可以從不同的角度收集地面高程及地物表面各種屬性數(shù)據(jù)，從而能夠更真實(shí)、更快速地反映地面的客觀情況，同時，高效快速的三維建模極大地滿足了人們對三維信息的需求，具有效率高、成本低、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作靈活、可獲得輔助信息等優(yōu)勢，極大地滿足了測繪行業(yè)的不同需求，讓各行各業(yè)對三維空間的構(gòu)想運(yùn)用能夠快速實(shí)現(xiàn)，包括很多學(xué)者構(gòu)想的數(shù)字地球，智慧地球等項(xiàng)目。

完成無人機(jī)三維模型數(shù)據(jù)采集后，地籍圖顯示所有宗地圖形與計(jì)劃和唯一標(biāo)識符對應(yīng)的注冊標(biāo)題。地籍圖包含圖紙顯示地段布局（土地，建筑，空氣等）的三維數(shù)據(jù)建模。當(dāng)前可以使用三維數(shù)據(jù)表示三維物體的地理信息系統(tǒng)，同時，也能利用現(xiàn)有二維地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行三維地籍空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的更新。

通過三維畫面與二維數(shù)據(jù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地籍管理的存儲、操作、查詢、分析、更新和可視化是未來地籍測量的發(fā)展趨勢。它將在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用，不斷促進(jìn)土地的集約型利用，不斷調(diào)整土地市場。但是，需要先建立一個完善從數(shù)據(jù)采集到建立三維地籍模型的標(biāo)準(zhǔn)化流程，該模型將對全國的城市規(guī)劃建設(shè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 三維地籍簡介

在人口密集地區(qū)，人口的增長、城市化和工業(yè)化等人類的生產(chǎn)活動使土地承受著越來越大的壓力。城市地下停車庫、地鐵和高架橋等基礎(chǔ)設(shè)施以及日益增多的地下電纜和地下管道設(shè)施，都沒有或沒有完全記錄在地圖和地籍圖上，或者說沒有一個合適的平臺讓這些信息能夠完整、正確地呈現(xiàn)出來。這些問題廣泛存在于現(xiàn)有的地籍圖中，導(dǎo)致這些土地的使用者在日常土地使用的產(chǎn)權(quán)問題得不到明確的信息，使地籍測量的作用不能充分發(fā)揮。譬如，由于缺乏一些土地使用的完整信息，城市地下交通設(shè)施的建設(shè)和地下管道的鋪設(shè)方案不能很快決定，必須花費(fèi)大量的人力和物力重新獲取這些信息，并由此不可避免地導(dǎo)致了很多工程事故，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的不便。

3D 地籍屬性數(shù)據(jù)包含了一些在 2D 情況下難以測量的長度、面積和體積等數(shù)據(jù)。若沒有這些數(shù)據(jù)，查詢和空間分析工作無法進(jìn)行，因?yàn)楫?dāng)前數(shù)字地籍?dāng)?shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）不支持所有的3D 數(shù)據(jù)。一個三維地籍模型的建立，應(yīng)考慮在以下 3 個主方面：法律（支持 3D 屬性）、機(jī)構(gòu)（建立各方關(guān)系）和技術(shù)（提供平臺，實(shí)現(xiàn) 3D 地籍）。政府必須及時配套明確的法律，制度和技術(shù)框架，形成一套標(biāo)準(zhǔn)文件作為三維空間數(shù)據(jù)采集提供法律及制度上的基本保障。

3 三維地籍建立法律層面

3D 房產(chǎn)所有者，例如，公寓單位的業(yè)主有權(quán)使用特定的3D 空間，這些三維空間通常位于彼此之間的一個共有地塊或頂部有時延伸超過規(guī)定地塊范圍。為了克服這個問題，一些國家的法律制度，特別是關(guān)于財產(chǎn)法、土地法、房地產(chǎn)細(xì)分法、土地出讓法等必須不斷完善，以支持登記和三維屬性表示。當(dāng)然，描繪 3D 地籍的權(quán)利、限制和責(zé)任是復(fù)雜和困難的，需要公眾的積極配合。

在二維地籍中，我國相關(guān)法律規(guī)范限制了土地使用者的權(quán)利，如土地使用權(quán)、地役權(quán)和鄰接權(quán)基本上都保護(hù)土地使用者和利用者的合法權(quán)益。然而，在土地的三維使用中，這些相關(guān)的土地權(quán)利不能充分保護(hù)土地使用者的合法權(quán)益，因此，三維地籍中使用者的權(quán)利應(yīng)得到法律的保護(hù)。

4 三維地籍建立制度層面

法律奠定了土地管理的基礎(chǔ)工作，而地籍則提供了界定財產(chǎn)規(guī)定的權(quán)利，定義地籍范圍并進(jìn)行授權(quán)登記。但是對于更加真實(shí)的三維地籍，目前沒有產(chǎn)權(quán)制度界定第三個維度。那么三維地籍的建立將毫無意義。

3D 地籍的建立需要合理評估適當(dāng)投入，因此，選擇合適的方法建立三維地籍信息系統(tǒng)是非常重要的。而且由于土地垂直空間的利用主要存在于城市的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、工業(yè)區(qū)等土地利用率較高的地方，并非所有的定居點(diǎn)都需要三維地籍。應(yīng)根據(jù)我國的實(shí)際情況，制定相關(guān)制度通過采用三維和二維相結(jié)合的方法進(jìn)行構(gòu)建。隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)讓三維地籍在今后逐步完善入庫，形成一個概念機(jī)構(gòu)，從而使公共部門和私營部門能夠共同分享數(shù)據(jù)成果，達(dá)成共識的概念和三維地籍的發(fā)展原則。這些包括測量師、地籍測量師登記冊、土地注冊處、地方政府、開發(fā)商協(xié)會和業(yè)主協(xié)會等眾多部門的合作。其次，概念機(jī)構(gòu)提供了一個統(tǒng)一的三維地籍概念，例如，公寓、3D 所有權(quán)、3D 財產(chǎn)、多層建筑、高層建筑、復(fù)雜建筑等的三維地籍測量及數(shù)據(jù)入庫的規(guī)定。

5 三維地籍建立技術(shù)層面

三維地籍技術(shù)需要使用合適的計(jì)算機(jī)繪圖軟件及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)執(zhí)行三維地籍。科技進(jìn)步提高了地籍測量的工作效率。

現(xiàn)今，GIS 等空間分析系統(tǒng)把更多的應(yīng)用程序應(yīng)用在地籍測量系統(tǒng)中，并且提供了相應(yīng)的地籍?dāng)?shù)據(jù)分析與查詢功能。如百度地圖、谷歌 SketchUp、AutodeskMap3D。未來三維地籍將通過開發(fā)三維 CAD、3DGIS、3D 數(shù)據(jù)庫等，這些程序?qū)⑻峁┤S繪制、更新、分析和可視化功能。此外，應(yīng)注意的是，目前的二維地籍?dāng)?shù)據(jù)也是必不可少的，是通過大量的時間和金錢獲得的。因此，重要的是要利用當(dāng)前的二維地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行三維地籍的開發(fā)及運(yùn)用。

三維地籍?dāng)?shù)據(jù)采集可以根據(jù)使用目標(biāo)進(jìn)行分類，并不是所有的對象都需要建立三維地籍?dāng)?shù)據(jù)。首先規(guī)定何種類型的地籍對象需要進(jìn)行三維收集，例如，建筑物，管道，隧道等，然后規(guī)定這些對象的三維數(shù)據(jù)捕獲的方法，可以采取土地測量、航空攝影測量、激光掃描、無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)等方法進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的采集工作。如圖 1 所示。

▲圖 1 三維地籍?dāng)?shù)據(jù)模型的發(fā)展

結(jié)合以上分析，三維建模一直是三維地籍測量的最大阻礙，但是無人機(jī)傾斜攝影的出現(xiàn)有效解決了這個問題。當(dāng)前，需要通過結(jié)合傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)提高測量精度。三維模型的位置精度評估是通過比較加密點(diǎn)和檢查點(diǎn)的精度來測量的。這 就導(dǎo)致了在控制點(diǎn)周圍相對平坦的區(qū)域測量精度比較高。 在角、墻線和陡坎等幾何特征發(fā)生巨大變化的地方，模型采樣點(diǎn)的誤差相對較大，測量精度測量的可靠性降低，可以采用組合圖像操作獲得最終結(jié)果向量或模型數(shù)據(jù)用于比較，也可以采用二維與三維結(jié)合的方法，讓二維的高精度來彌補(bǔ)傾斜攝影測量中的精度不足。

6 結(jié)語

此項(xiàng)技術(shù)也有它的不足之處，在匹配傾斜航空攝影后期數(shù)據(jù)影響的過程中，由于不一致的攝影比例、分辨率的差異以及傾斜影響造成的地面物體遮擋，在獲得的數(shù)據(jù)中存在許多嚴(yán)重誤差甚至是區(qū)域不能采集等問題，嚴(yán)重威脅了圖像的后續(xù)三維精度及建模質(zhì)量。相信在科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展的今天，這些問題一定都能夠得到解決。

土地的三維開發(fā)利用是解決土地資源短缺的必然選擇，對我國尤為重要。因此，開展三維地籍管理及相關(guān)技術(shù)的研究勢在必行。由于地籍管理不是一個純粹的技術(shù)問題，它涉及系統(tǒng)、法律、經(jīng)濟(jì)、組織等許多方面，尤其需要市政府相關(guān)主管部門的共同參與，因此，應(yīng)盡快提出應(yīng)對這一趨勢的措施。

來源：《工程建設(shè)與設(shè)計(jì)》 作者：周靜、冉雪云